1. adın kökeni
Alaşım malzemeleri alanında yükselen bir yıldız olarak, yüksek entropi alaşımlarının (HEAS) doğumu entropi . kavramıyla yakından bağlantılıdır, ancak tam olarak entropi nedir? Yüksek entropi alaşımlarının gizemlerini açmadan önce, önce entropi dünyasını keşfedelim .
Entropi kavramı, Alman fizikçi Rudolf Clausius tarafından 1865. 'da termodinamikte tanıtıldı, entropi bir sistemdeki bozukluk derecesini tanımlayan bir parametredir-daha büyük bir bozukluk, entropi o kadar yüksek olursa .
Bu kavramı daha iyi anlamak için, örnek olarak bir beden eğitimi (PE) sınıfı kullanalım:
Düşük Entropi Durumu: Tüm öğrenciler sadece birkaç istisna dışında aynı üniformayı giydiklerinde, temiz sıralarda durup kompakt bir oluşumda ısınma egzersizleri gerçekleştirdiğinde, hareket aralığı sınırlıdır ve sistemin entropisi düşüktür .
Yüksek Entropi Durumu: Öğrenciler çeşitli kıyafetler giydiklerinde, oluşum reddedildikten sonra dağıldıklarında ve serbest faaliyetlerde bulunduktan sonra hareket aralığı artar ve sınıf daha düzensiz hale gelir ve yüksek entropi durumuna neden olur .
Analoji ile, her öğrenciyi . atomlardaki bir atom birimi olarak düşünebiliriz, atomlar düzenli bir şekilde düzenlendiğinde, alaşım sistemi düşük entropi durumunda ., atomlar rastgele dağıtıldığında ve hareket ettirildiğinde, sistem yüksek entropi durumunda, sistem yüksek entropi durumuna ulaştığında, bir yüksek entropi durumunda ilerlediğinde, sistem yüksek entropi durumuna ulaştığında.
Geleneksel alaşımlarla karşılaştırıldığında, alaşım dünyaya yapılan bu yeni gelen daha yüksek bir entropi değerine sahiptir . Bu nedenle, bu bağlamda yüksek entropi alaşımı . adlı malzeme bilimcileri, "yüksek entropi", atomik ölçekte yüksek derecede kimyasal veya topolojik bozukluğu ifade eder, yani atomik düzenleme, son derece chaotic düzenlemesi, yüksek chaotic düzenlemesi, son derece tanıtılır. Yüksek entropi alaşımları, bu büyüleyici malzemenin nasıl keşfedildiğini keşfedelim .
2. Yüksek entropi alaşımlarının keşfi
Yüksek entropi alaşımlarını keşfetmenin temeli, 18. yüzyılın sonlarında . Alman bilim adamı ve metalurjist Franz Karl Achard, beş ila yedi element . içeren bir dizi çok bileşenli alaşım hazırladığı yenilikçi bir çalışma yürüttü, ancak bu zemli çalışma, 5 büyük ölçüde dünyaya baktı {, bu zemli çalışma, 5 büyük ölçüde dünyaya baktı.
1963 yılına kadar Profesör Cyril Stanley Smith (Smith, 1963) bu araştırmayı fark etti ve bildirdi . Mevcut deney kayıtlarına dayanarak, bunun yüksek entropi alaşımları ile ilgili en eski çalışmalardan biri olduğuna inanılıyor .
Ne yazık ki, dikkat eksikliği nedeniyle, onlarca yıldır duran yüksek entropi alaşımları üzerindeki ilerleme . 1990'lara kadar yüksek entropi alaşımlarına olan ilginin hüküm sürdüğü kadar, Cambridge Üniversitesi'ndeki bilim adamları, daha yüksek entropi olan {Confusion prensiplerini öne sürdüğünü öne sürdü, 6. Aynı zamanda, Tayvanlı bilim adamı Yeh Jien-Wei ve ekibi, yüksek entropi alaşımları adını verdikleri çoklu ana elementler ve yüksek karıştırma entropisi ile yenilikçi bir alaşım tasarım konsept-tasarlayan alaşımlar tanıttılar .
Bununla birlikte, bilimsel ilerleme genellikle zaman alır . Bu kavramın getirilmesine rağmen, ilgili araştırma bulguları yıllarca yayınlanmamış kaldı .
Son olarak, 2004 yılında, İngiltere'den Profesör Cantor, beklenen amorf yapıyı oluşturmak yerine, şaşırtıcı bir şekilde yüksek karışık bir entropi alaşımı . . geliştirdiği bir deney gerçekleştirdi. yüksek entropi alaşımlarının doğumu olarak işaretlendi .
Bu büyüleyici fenomeni açıklamak için, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Pekin Profesör Zhang Yong, teorik anlayışlar sağladı ve o zamandan beri yüksek entropi alaşımları alaşım malzemeler alanında parlayan bir yıldız olarak ortaya çıktı.
Araştırma coşkusu arttıkça, yüksek entropi alaşımları kavramı hızla ilgili alanlara genişledi:
Yüksek merkezli seramikler
Yüksek entropi ince filmler
Yüksek merkezli çelikler
Yüksek entropi süper alaşımları
Al-MG tabanlı yüksek entropi hafif alaşımlar
Yüksek entropi sert alaşımlar
3. Yüksek entropi alaşımlarının benzersiz özellikleri
Yüksek entropi alaşımları Alaşım tasarımında konfigürasyonel entropi prensibine dayanan yeni bir perspektif getirir ., geleneksel alaşımlara kıyasla, heas farklı tasarım kavramları ve benzersiz özellikleri içerir . benzersizliği aşağıdaki dört yönden anlaşılabilir:
(1) Kompozisyon özellikleri
Heas, tipik olarak birincil taban elementine sahip olan geleneksel alaşımların aksine, tek bir baskın eleman . olmadan, Hea bileşimi tasarımının anahtar özelliklerinden oluşan tek bir baskın eleman .}
1. Alaşım en az beş farklı öğe içermelidir .
2. Her elemanın atom yüzdesi% 5 ile% 35 arasında olmalıdır .
(2) Geliştirme özellikleri
Araştırma ilerledikçe, yüksek entropi alaşımları kavramı üç ana aşamada gelişti:
Birinci Nesil Heas:
Beş veya daha fazla alaşım elemandan oluşur .
Elemanlar Equiatomic (Eşit Atom Oranları) .
Yapı: Tek fazlı karmaşık katı çözelti alaşımı .
İkinci Nesil Heas:
Dört veya daha fazla alaşım öğesinden oluşur .
Equiatomik olmayan eleman oranları .
Yapı: çift fazlı veya çok fazlı kompleks katı çözelti alaşımı .
Üçüncü nesil Heas:
Yüksek entropi ince filmlere ve seramiklere genişletildi .
(3) Yapısal özellikler
Çoklu elemental bileşenlerine rağmen, yüksek entropi alaşımları tipik olarak katılaşma üzerine nispeten basit faz yapıları oluşturur . Rastgele çözünmüş katı bir çözelti, genellikle sergilenen heas'ın karakteristik yapısıdır:
Yüz merkezli kübik (FCC) yapılar
Vücut merkezli kübik (BCC) yapılar
Altıgen yakın paketlenmiş (HCP) yapılar
Ek olarak, bazı heas . 'da amorf fazlar da oluşabilir.
Çözüm
Yüksek entropi alaşımları, alaşım malzemeleri alanında devrimci bir ilerlemeyi temsil eder . Benzersiz kompozisyonları, yeni tasarım yaklaşımı ve umut verici özellikleri, devam eden araştırmalarla yeni nesil yapısal ve fonksiyonel malzemeler için son derece değerli olmasını sağlar, heas enerji endüstrilerinden oluşan uygulamalarda kritik bir rol oynaması beklenmektedir. alanlar .
Şekil 1 Yüksek entropi alaşımının faz yapısı
(4) Doğrulanmış performans özellikleri
Araştırmalar, yüksek entropi alaşımlarının (HEAS) geleneksel alaşımlara kıyasla çok sayıda üstün özelliğe sahip olduğunu göstermiştir . Şu anda, HEAS'ın beş ana performans etkisi bilimsel olarak doğrulanmıştır:
1. düşük istifleme arıza enerjisi
2. termal stabilite
3. radyasyon direnci
4. korozyon direnci
5. Performans değiş tokuş etkisinin azaltılması
4. Pratik Uygulamalar: Yüksek entropi alaşımlarının parladığı yer
Yüksek entropi alaşımlarının benzersiz tasarım ilkeleri, onlara mükemmel düşük sıcaklık mekanik performans, korozyon ve aşınma direnci, yüksek sıcaklık istikrar ve olağanüstü yumuşak manyetik özellikler gibi bir dizi olağanüstü özellik verir. Bu avantajlar, bu avantajlar, yüksek entropi uygulamalarında heas antropi alloyuların nerede olduğunu keşfetmelerine izin verir. Yetenekler .
(1) Yüksek entropi yumuşak manyetik malzemeler
Yumuşak manyetik malzemeler, minimum harici manyetik alanlarla maksimum mıknatıslanmaya ulaşma ile karakterize edilir . Mıknatıslanması ve demagnetasyonu kolaydır, bu da onları elektrik ve elektronik ekipmanlarda yaygın olarak kullanır .
Çalışmalar, bazı yüksek entropi alaşım sistemlerinin mükemmel yumuşak manyetik özellikler sergilediğini göstermiştir . Ayrıca, zayıf mekanik özellikler ve kararsız döküm performansı . gibi geleneksel yumuşak manyetik malzemelerin eksikliklerinin üstesinden gelmeye yardımcı olduklarını göstermiştir.
(2) Yüksek sıcaklık alaşım malzemeleri
Yüksek sıcaklık alaşımları, uzun süreler için yüksek sıcaklıklar ve spesifik stres koşulları altında çalışabilen metal malzemelerdir . Bu alaşımlar şunları gerektirir:
Olağanüstü yüksek sıcaklık gücü
Mükemmel oksidasyon ve termal korozyon direnci
İyi yorgunluk direnci ve kırılma tokluğu
Motor sıcak uç bileşenleri için vazgeçilmezdir . araştırmaları, yüksek entropi alaşımlarının yüksek sıcaklıklarda dikkate değer termal stabilite ve oksidasyon direnci sergilediğini gösterir . Bu atılım, aşırı ortamlarda çalışan bileşenler geliştirmek için yeni olanaklar sunar, örneğin:
Motor Türbini Bıçakları
Yüksek sıcaklık mühendisliği malzemeleri
(3) Sert alet kaplamaları
Sert alet kaplamaları, dönüş, öğütme, planlama ve taşlama aletlerini korumak için yüksek sertlik, aşınmaya dayanıklı alaşım ince bir tabakanın kesme alet yüzeylerine yatırılmasını içerir . Heas'ın yüksek sertliği ve mukavemeti, onları bu tür kaplamalar için ideal adayları etkili bir şekilde artırır, alet performansı ve uzun ömür {}}
(4) Yüksek entropi fototermal dönüşüm malzemeleri
Fototermal dönüşüm, yeterince yüksek sıcaklıklara ulaşmak ve çeşitli enerji taleplerini karşılamak için güneş radyasyon enerjisini yansıma, emilim veya diğer mekanizmalar yoluyla konsantre etme işlemini ifade eder .
Fototermal malzemelerin sert servis koşulları nedeniyle şunları sergilemelidirler:
Mükemmel yüksek sıcaklık istikrarı
Üstün korozyon direnci
Düşük termal genleşme katsayısı
Güçlü hava durumu direnci
Çalışmalar, yüksek entropi alaşımlı ince filmlerin olağanüstü korozyon direncine ve yüksek sıcaklık stabilitesine sahip olduğunu göstermiştir, bu da onları fototermal dönüşüm verimliliğini geliştirmek ve güneş enerjisi uygulamalarını ilerletmek için son derece umut verici hale getirmiştir .
Şekil 2: Fototermal dönüştürücünün ısı toplama tüpü
(5) Hafif yüksek entropi alaşım malzemeleri
Hafiflik, gelecekteki malzemelerin geliştirilmesi için önemli bir yöntür . son yıllarda, hafif malzemeler için yüksek entropi alaşımları da incelenmiştir ve . yaygın örnekler, cep telefonu kılıfları, cep telefonu kartı yuvaları ve diğer hassas parçaları içerir .
Şekil 3 Cep telefonu kasasını damgalama
(6) Diğer uygulamalar
Yüksek entropi alaşımları, aşağıdakiler de dahil olmak üzere diğer birçok alanda da büyük bir potansiyele sahiptir:
Yüksek entropi kaynak malzemeleri
Düşük aktivasyon yüksek entropi alaşımları
Kalıp malzemeleri
Katalitik malzemeler
Yarı iletken difüzyon bariyeri katmanları
5. Yüksek entropi alaşımlarının geleceği
Yüksek entropi alaşımları (HEA) nasıl daha fazla geliştirilebilir? Bu soru, yeni bir materyal sınıfını ilerletirken bilim adamları için birincil bir endişe kaynağıdır . Doğru araştırma yönünü seçmek, minimum çaba ile maksimum ilerlemeyi sağlamak için gereklidir ve HEA'ların günlük yaşamda ve ulusal savunma uygulamalarında daha önemli bir rol oynamasını sağlar .
İleriye baktığımızda, en çok dikkati hak eden iki temel geliştirme yönü vardır:
(1) En uygun maliyetli performans bölgesini tanımlamak
Geleneksel alaşımlardan yüksek entropi alaşımlarına kadar, malzemeler artan entropi . eğilimi boyunca gelişmiştir.
Körü körüne daha yüksek entropi takip etmek, entropi arttıkça, entropi arttıkça, maddi özelliklerin sınırsız optimizasyonunu garanti etmez . Bu nedenle, yüksek entropi üzerine odaklanmanın, performans avantajındaki artışın artmasına neden olabileceği anlamına gelen, entropi artışı arttıkça, her ikisi de maliyetini artırabilir, burada her ikisi de azaltma getirisine yol açabilir, burada her ikisi de azalma, her ikisi de azaltma, "her ikisi de azalma," her ikisi de azalma, "her ikisi de azalma," her ikisi de azalma, "her ikisi de azalmaya yol açabilir," Sonuç . "
İstatistiksel analizlere göre, en uygun maliyetli bölge yüksek entropi alaşım alanında değil, daha ziyade orta entropi alaşımları ve yüksek entropi alaşımları arasındaki sınırda . Bu bölge aşağıdakileri içerir:
Yüksek sıcaklık alaşımları
Amorf alaşımlar
Paslanmaz çelikler
Orta-entropi alaşımları
Bu materyaller maliyet ve performans arasında daha iyi bir denge sunar, bu geçiş bölgesini gelecekteki malzeme geliştirme için kritik bir alan haline getirir .
Şekil 4 Alaşım malzemelerinin "maliyet etkinliği"
(2) Yüksek verimli malzeme araştırma yöntemlerinin geliştirilmesi
Yüksek entropi alaşımları (Heas) olağanüstü mekanik özellikler, yüksek sıcaklık direnci, aşınma direnci ve korozyon direnci sergiler, ancak çeşitli alanlarda son derece umut verici hale getirir . Bununla birlikte, yüksek entropi alaşım ince filmler üzerinde yapılan araştırmalar erken aşamalardadır ve endüstriyel uygulamaları, geleneksel alaşımlara kıyasla bir çalışma olmaya devam etmez, HEAS'ın bir çalışması kalmaz, heas that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that that, karmaşık bir şekilde karşılaştırıldığında, heas .}}}}, Entropi ile ilişki . Sonuç olarak, yalnızca entropi karıştırmaya dayalı yüksek performanslı çoklu bileşenli malzemeler tasarlamak imkansızdır .
Malzeme tasarımı ve geliştirme zaman alıcı bir süreçtir, bu nedenle araştırma verimliliğinin iyileştirilmesi, Heas . 'nin ilerlemesini hızlandırmada önemli bir faktördür.
Yüksek verimli teknolojinin rolü
Bu bağlamda, yüksek verimli (HT) teknolojisinin benimsenmesi gerekli . 'na ulaşır, ancak yüksek verimli teknoloji tam olarak nedir ve malzeme gelişimini nasıl hızlandırabilir?
Alaşımlı malzemeleri bir okyanusla karşılaştırırsak ve yeni alaşım sistemlerinin balıkçılığa gelişimine kıyasla, geleneksel hazırlık yöntemleri, bir seferde sadece bir alaşım sistemi elde edebileceği bir çubuklu balıkçılık gibidir . Bu "bir kez" yaklaşımı önemli ölçüde yavaşlar .
Şimdi, araştırmacıların bir olta kullanmak yerine bir ağ oluşturup oluşturamayacağını ve tek bir denemede birden fazla alaşım sistemini yakalamalarına izin verip veremeyeceğini hayal edin . Bu yaklaşım, benzer bir prensibi büyük ölçüde artıracak ve yüksek verimli teknoloji, çoklu alaşım sistemlerinin bir keresinde çok önemli bir şekilde hazırlanmasını sağlayan benzer bir prensibi büyük ölçüde artıracak, bu nedenle 3 {
Yüksek entropi alaşımları için parlak bir gelecek
Hızlı bir büyüme aşamasındadır, Çin'in küresel araştırmalarda büyük bir güç olarak ortaya çıkması . Bugün, malzeme bilimi alanının yükselen yıldızı olarak, Heas dünya çapında bilim adamlarının dikkatini çekmeye devam ediyor .
Birçok zorluk kalmasına rağmen, araştırmacıları alaşım malzemelerde yeni bir sınır olarak . 'ı itmekten caydırmamışlardır, Heas gelecek için muazzam potansiyel ve vaat eder . Gizemleri çözülmeyi bekliyor ve sınırsızdır-bilinmeyen parlaklıklarını keşfetmeye hazır mısınız?